Рис. 97. Цветовое тело: а - общий вид; б - координатная система

Простейшими системами цветов являются, например, обычный спектр видимого света, разные варианты цветовых кругов, цветовых треугольников. Эти системы, связанные с изображением цветов на плоскости, не могут охватить всего их многообразия, так как цвет, как известно, имеет три характеристики строения объемных систем цветов. С целью создания единой системы, которая охватывала бы все возможные цвета, были предложены различные варианты объемных систем цветов— цветовые тела. Цветовым телом называют модель цветового пространства, вмещающую все реальное многообразие цветов, возможных при данном освещении.

Были предложены модели самых различных форм: цветовой шар, цветовой конус, цветовой куб, цветовая полусфера, цветовая пирамида и т. д. Были созданы миогочисленные цветовые шкалы, таблицы, атласы цветов. Построение каждого цветового атласа тесно связано с принципами построения соответствующего тела. Как пример рассмотрим Атлас цветов Е. Б. Рабкина, построенный на основе цветового тела, представляющего собой двойной круговой конус с горизонтально расположенной осью (рис. 97). Эта ось является ахроматической осью тела, на ней расположены цвета от черного до белого. Сечения конуса, перпендикулярные к ахроматической оси,— цветовые круги, в которых по окружности откладываются цветовые тона, а по радиусу-вектору — насыщенность (чистота) цвета, меняющаяся от нуля у ахроматической оси до максимума у поверхности тела.

В основу этой модели положен цветовой круг, в котором на противоположных концах диаметра расположены цвета, близкие к контрастным. Благодаря этому все цвета круга примерно одинаково отличаются друг от друга, т. е. круг равноконтрастный, расположение цветов в таком круге лучше отражает соотношение цветов в спектре, чем в круге, построенном по принципу дополнительных цветов,

Атлас может быть использован для определения (измерения) цветов, для их подбора при решении различных прикладных задач.

В современной науке и практике во многих случаях бывает необходимо точно определить тот или иной цвет, используя количественные характеристики, а также воспроизвести цвета по этим характеристикам.

Колориметрические измерения применяются сейчас во многих производственных процессах и научных исследованиях. При издании многоцветных карт и атласов, так же как и в полиграфической промышленности, использование точных колориметрических характеристик цветов (например, печатных красок, светофильтров и т. д.) способствует улучшению качества продукции.

Количественная оценка цвета основана на явлении смешения цветов. На этом принципе построена первая трехцветная международная колориметрическая система RGB. Поскольку любой цвет (обозначим его М) можно получить путем аддитивного смешения трех основных цветов — красного, зеленого и синего, взятых в определенных количествах, то, обозначив их соответственно буквами R, G, B  мы можем записать это в виде уравнения:

M=rR+gG+bB

Это уравнение называется цветовым уравнением. Коэффициенты r, g, b показываюшие соответственно, сколько единиц красного, зеленого и синего нужно взять, чтобы получить данный цвет М, называются координатами цвета; произведения rR, gG, bB носят название цветовых составляющих.

Если требуется определить лишь качественную характеристику цвета (цветность лучей), то удобно пользоваться координатами цветности r, g, b которые представляют собой отношения каждой из координат цвета к их сумме. Поскольку r+g+b=1, цветность любого цвета может быть выражена графически. Цветовой график в системе определения цветов RGB позволяет решать многие задачи, связанные с цветовыми расчетами. Но расчеты сильно осложняются тем, что в этой системе нельзя избавиться от отрицательных значений координат цветности.

Это обстоятельство побудило ученых к созданию другой системы определения цвета, которая была утверждена в 1931 г. Международной комиссией по освещению и стала носить название системы XYZ MKO. X, Y, Z — это три основных цвета, являющиеся единичными, т. е. сумма координат цветности равна единице . Однако величинам X, Y, Z, следует придавать лишь расчетный смысл, поскольку это цвета условные, не существующие в природе. Основные цвета X, Y, Z могут быть выражены через основные цвета R, G, B. В системе XYZ любой цвет выразится уравнением:

M=xX+yY+zZ

Рис. 98. Цветовой график в Международной колориметрической системе XYZ

На рис. 98 приведен цветовой график в системе с координатами цветности x и y середине графика расположен белый цвет. Линия спектральных цветов снабжена оцифровкой, показывающей длину волны (?, нм) соответствующих спектральных цветов. Одинаковую длину волны будут иметь все цвета, находящиеся на прямой линии, соединяющей точку белого цвета с данным спектральным цветом. Поэтому, чтобы получить значение X для любого цвета, образованного при смещении спектрального и белого, надо провести прямую от точки белого цвета через точку взятого цвета до линии спектральныл цветов, на которой и прочитать значение X.

Удаление точки некоторого цвета на графике от точки белого цвета говорит о чистоте Р данного цвета. Для ее определения на график нанесены кривые одинаковой чистоты цвета, оцифрованные через интервал в 10 %.

Таким образом, чтобы получить точные данные о цвете, нужно определить одним из способов координаты этого цвета x’, y’, z’ по ним получить координаты цветности л; и по значениям которых на графике найти точку, соответствующую цветности данного цвета. На графике по положению этой точки определяют длину волны (?, нм) и чистоту (Р, %), т. е. качественные характеристики цвета, а его светлота (р, %), которую можно считать количественной характеристикой будет равна значению у.

В 1964 г. была принята новая колориметрическая система UVW. Цветовой график в этой системе построен так, что расстояния между точками двух цветов пропорциональны величинам зрительных различий между этими цветами (равноконтрастный график). Эта система удобна, например, при измерении различий в цветах печатных оттисков и оригиналов.

Методы измерения цвета подразделяются на визуальные (зрительные) и фотоэлектрические. Первые основаны на глазомерном сравнении измеряемого цвета с некоторым эталонным, координаты которого известны. При фотоэлектрическом методе сравнение измеряемого цвета с эталонным выполняют фотоэлементы, соединенные с гальванометрами.

Простейшим визуальным устройством для измерения цвета может служить вертушка Максвелла для смешения цветов, снабженная набором цветных кружков, для каждого из которых известны x’, y’, z’. Для измерения цвета можно ограничиться тремя цветными, черным и белым (для подравнивания по светлоте и насыщенности) эталонами.

Цвет образца можно измерить с помощью цветового атласа, например Атласа цветов Е. Б. Рабкина, путем подбора поля атласа, одинакового по цвету с измеряемым образцом. Цветовые поля атласа промерены и имеют характеристики X (нм), Р (%) и р (%), а также координаты цветности x и y.

Однако атлас содержит небольшое число таблиц, что ограничивает его применение.

Наиболее точными и удобными являются приборы, предназначенные специально для измерения цвета,— колориметры. Принцип действия колориметров визуального типа основан чаще всего на явлении аддитивного смешения цветов, но применяются и субтрактивные зрительные колориметры.

Координаты цвета можно получить и расчетным путем, если имеются кривая распределения энергии в спектре излучения и кривая спектрального отражения поверхности.